Nanoestructuras de hidroxiapatita, gran avance hacia la regeneración de huesos
Por Karla Navarro
Ensenada, Baja California. 11 de agosto de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Investigadores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada, colaboran con homólogos de la Universidad de California en San Diego (UCSD) para fabricar injertos óseos con nanoestructuras de hidroxiapatita.
Luminiscencia en hidroxiapatita. Crédito ACS Biomater.
La hidroxiapatita es un material actualmente usado en tratamientos para la regeneración de huesos; sin embargo, por las dimensiones en las que se aplica, resulta tan agresivo que solo pacientes jóvenes pueden soportarlo.
Mientras que investigadores del Cnyn trabajan en la síntesis de la hidroxiapatita y el estudio de sus propiedades luminiscentes, los análisis de biocompatibilidad se realizan en la Universidad de California en San Diego.
La hidroxiapatita es un mineral compuesto por átomos de calcio (Ca), fósforo (P) y oxígeno (O); es una estructura cristalina con forma hexagonal y presenta una propiedad de polarización eléctrica que favorece el crecimiento de los osteoblastos, células involucradas en el crecimiento de los huesos.
En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Manuel Herrera Zaldívar, investigador del Cnyn, expuso que en la estructura cristalina de la hidroxiapatita es posible intercambiar sus iones de calcio y reemplazarlos por iones de tierras raras, tales como europio (Eu) o iterbio (Yb).
“Cuando se sustituyen estos iones en la hidroxiapatita, el material se hace fluorescente, lo cual se puede aprovechar para que cuando se haga un injerto óseo de este material, sea posible monitorear, mediante imágenes de contraste, cómo va ocurriendo la regeneración del hueso”, explicó.
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Publicaciones Parte de los resultados obtenidos de la investigación que se desarrolla en el Cnyn con hidroxiapatita, fueron publicados en 2015 en la revista ACS Biomaterials Science & Engineering con el artículo titulado Distribution of Eu2+ and Eu3+ Ions in Hydroxyapatite: A Cathodoluminescence and Raman Study. Los hallazgos del estudio también fueron reportados en un artículo de este año en la revista Acta Materialia, titulado Interconfigurational and Intraconfigurational Transitions of Yb2+ and Yb3+ Ions in Hydroxyapatite: A Cathodoluminescence Study; en ambos artículos el doctor Manuel Herrera es uno de los autores. |
Destacó que a través de la investigación de su grupo de trabajo, han obtenido avances significativos en el control de la luminiscencia que generan los iones de tierras raras en la hidroxiapatita, principalmente favoreciendo que sea del rango infrarrojo, de tal manera que la piel del paciente no absorba la radiación generada.
Hidroxiapatita a escala nano
Herrera Zaldívar indicó que los injertos óseos que se hacen en México utilizando la hidroxiapatita solamente son aptos para jóvenes y en prótesis de cadera, debido al grado de agresividad e invasión que representa para el paciente.
Mencionó que como parte del procedimiento quirúrgico, se perforan los huesos del paciente y se injertan vástagos del material, de varios centímetros de diámetro.
Sostuvo que la idea de utilizar la hidroxiapatita como nanoestructuras tiene por objetivo reducir al mínimo la invasión en este tipo de tratamientos de regeneración ósea, ya que las propiedades nanométricas del material favorecen su aplicación quirúrgica.
“Puede ser utilizada para rellenar poros de los huesos durante el tratamiento de osteoporosis o rellenar las fracturas de los huesos con el uso de andamios que se pueden fabricar de manera tridimensional”, puntualizó.
El investigador refirió que los andamios son un material en el que se coloca la hidroxiapatita para favorecer que los osteoblastos crezcan de forma tridimensional, mimetizados con el hueso.
“Los andamios no pueden ser de cualquier material, tienen que ser materiales biocompatibles que permitan la vascularización durante el proceso de regeneración ósea y este proyecto incluye todos esos aspectos”, subrayó.
Estructuras alargadas
Verónica Yazmín Huerta Guerra, estudiante de la maestría en nanociencias del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y colaboradora en el proyecto, comentó que si las nanoestructuras de hidroxiapatita que se depositan sobre los andamios son de forma alargada, el procedimiento es más sencillo.
“Es mucho más sencillo que el hueso que está en los extremos del andamio encuentre un conducto que pueda formar un camino para que encuentre el otro extremo y que la regeneración sea más rápida”, mencionó.
Para obtener nanoestructuras de hidroxiapatita en forma alargada, la estudiante de posgrado ha experimentado con un nuevo método de síntesis.
“Lo que hemos estado haciendo últimamente en este proyecto es la recristalización de la hidroxiapatita; anteriormente nuestro grupo la ha sintetizado mediante el método de combustión, que por ser espontáneo y violento resulta muy difícil controlar la morfología de las estructuras”, señaló.
Derivado del anterior procedimiento, las estructuras obtenidas eran en forma de hojuelas o placas de un tamaño superior a la escala nanométrica, por lo que los investigadores buscaron un método que les permitiera generar estructuras a nivel de nanómetros.
Método hidrotermal
Como resultado de la búsqueda, Verónica Huerta ha trabajado con el método hidrotermal para sintetizar la hidroxiapatita, en el que no es necesario usar un sistema cerrado ni elevar la presión o temperatura de síntesis.
“En un reactor de vidrio de tres bocas, primero calentamos una solución de calcio en constante agitación y luego agregamos una solución de fosfato, una vez que se alcanzan los 100 grados Celsius, que es la temperatura máxima del proceso, dado que el medio de disolución es agua desionizada, dejamos transcurrir la síntesis durante varias horas”, describió.
En la optimización de su nuevo procedimiento, se percataron que era necesario aplicar tiempos de síntesis largos para que el material logre fragmentarse de estructuras micrométricas a cintas de hidroxiapatita muy delgadas, con una anchura de aproximadamente 50 nanómetros.
“Vimos que era una estructura ideal para lo que teníamos planeado hacer, que era tratar de aplicar campos eléctricos en estas estructuras durante su síntesis, para estudiar sus propiedades de polarización eléctrica”, relató la estudiante de posgrado del CICESE.
Precisó que la utilización de campos eléctricos para crecer las estructuras derivadas del método hidrotermal dio un indicio de que el procedimiento es efectivo para obtener formas del material que agilicen la regeneración ósea.
Los investigadores manifestaron que los hallazgos científicos obtenidos hasta ahora, tras aproximadamente tres años de haber iniciado el proyecto, son indicios de que se perfilan hacia aportaciones para mejorar el tratamiento de injertos óseos con hidroxiapatita, pero por ahora se encuentran a nivel de ciencia básica.
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